鱼类B和CD4-T淋巴细胞在细菌感染过程中免疫应答规律和互作机制的研究

B and CD4-T lymphocytes are essential components of the adaptive immune system in jawed vertebrates, including teleost fish, the oldest bony vertebrate. So far, three types of B (IgM+, IgM-IgD+ and IgT+B cells) and two types of CD4-T (CD4-1+CD4-2+ and CD4-2+T cells) lymphocytes have been identified in teleost species. IgM+B cells and IgT+B cells were proved to be specialized in fish systemic and mucosal immune responses after parasitic infection, respectively. And IgM+B cells have been discovered potent phagocytosis and Ag-presenting ability to CD4+T cells activation. However, very few study about the rules of immune response and interaction mechanism between fish different types of B and CD4-T lymphocytes in the process of bacterial infection. So in this project, we will choose rainbow trout as our research model, and infect them with one of bacterial pathogen (Flavobacterium columnare) by immersion. The specific antibodies titers in the mucus and serum, the activation, proliferation and distribution of B cells and CD4+T cells, the phagocytic ability of B cells, the Th cytokines expression of CD4+T cells will be comparative studied in the process of infection. The completion of this project will unraveling the rules of immune responses and interaction mechanism between fish B and CD4-T lymphocytes to the bacterial infection in teleost fish and contribute to revealing some of principles common to fish immune system. Moreover, our findings will also provide the immunological basis for the strategy of fish diseases prevention and control.

B和CD4-T淋巴细胞是构成脊椎动物适应性免疫系统的重要细胞类群。鱼类是最早产生B和CD4-T淋巴细胞的脊椎动物，主要存在IgM+、IgM-IgD+和IgT+B淋巴细胞以及CD4-1+CD4-2+和CD4-2+T淋巴细胞。寄生虫感染后，IgM+和IgT+B淋巴细胞分别在系统免疫和黏膜免疫中发挥重要作用。研究发现IgM+B淋巴细胞具有吞噬以及递呈抗原给CD4-T淋巴细胞功能。但除此之外，鱼类不同类型B和CD4-T淋巴细胞在细菌感染过程中的免疫功能和互作机制的研究还非常有限。本项目将以虹鳟为研究对象进行柱状黄杆菌浸泡感染，对体液抗体的效价、B和CD4-T淋巴细胞的活化、增殖和组织分布、B淋巴细胞吞噬能力以及CD4-T淋巴细胞表达Th细胞因子的变化规律等进行比较研究，阐明鱼类抗细菌感染过程中B和CD4-T淋巴细胞免疫应答规律和互作机制，丰富鱼类免疫学的理论知识，奠定我国鱼类病害防治的基础。

B和CD4-T细胞是构成脊椎动物适应性免疫系统的重要细胞类群，而鱼类是最早产生B和CD4-T细胞的脊椎动物。前期研究发现鱼类寄生虫感染后，IgM+和IgT+ B细胞分别在系统免疫和黏膜免疫中发挥重要作用，而且IgM+ B细胞具有吞噬以及递呈抗原给CD4-T细胞功能。但除此之外，鱼类不同类型B和CD4-T细胞在细菌感染过程中的免疫功能和互作机制的研究还非常有限。本项目以虹鳟等养殖鱼类为研究对象，构建了柱状黄杆菌浸泡感染模型，结果发现柱状黄杆菌主要入侵鱼类的皮肤、鳃、口咽和鼻等黏膜组织并在鱼体表面引起明显的组织病理变化和严重损伤；细胞和蛋白水平上发现病原菌感染可以诱导鱼类黏膜免疫球蛋白的适应性免疫应答，即病原感染后黏液中病原特异性IgT浓度显著增加，IgT+ B细胞数目也在病原感染后显著增加。IgT抗感染免疫反应主要存在于黏膜组织，而IgM的抗感染免疫反应则几乎只在血清等系统免疫组织中检测到；我们结果还发现CD4-T细胞在肠、鳃等黏膜组织中数目相对于头肾等系统组织中较高，并且在受到柱状黄杆菌感染后，鳃黏膜中CD4-T细胞数目出现显著性增加；此外，我们结果证明了mTORC1信号通路调控吞噬B细胞的数量和吞噬能力，并可能在硬骨鱼类免疫功能中发挥重要作用；值得一提的是我们在鱼类鼻黏膜发现存在一个富含B和T淋巴细胞聚集的结构，而且aicda基因的高转录水平，暗示该结构是鼻黏膜中T和B细胞相互作用的位点。我们的研究结果具有重要科学意义：1. 构建柱状黄杆菌浸泡感染模型，发现病原感染能够诱导强烈的局部免疫应答，揭示了鱼类适应性黏膜免疫关键效应分子IgT及其B细胞的功能；2. 发现了鱼类口、咽、鼻、鳔等器官存在黏膜相关淋巴组织，解析了鱼类黏膜IgT在维持黏膜稳态中的重要功能；3. 鉴定了B细胞吞噬功能及其调控的mTORC1信号通路关键分子；4. 揭示了鱼类抗病原菌感染过程中B和CD4-T淋巴细胞免疫应答规律及其互作机制，首次阐明了鱼类黏膜组织存在生发中心的细胞与分子基础。这些研究结果丰富鱼类免疫学的理论知识，奠定我国鱼类病害防治的免疫学基础。